Aerogeneradores
BOMBEO HIDRAULICO MEDIANTE ACCIONAMIENTO EOLICO
Hoy queremos compartir contigo la nueva invención de Manuel Torres Martínez en el campo de las energías renovables, se trata de un aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante.
La invención está relacionada con los sistemas de bombeo hidráulico mediante accionamiento eólico, proponiendo un sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante, ambas independientes de la velocidad del rotor eólico, con control coordinado para optimización del rendimiento, del rechazo de huecos de tensión y de la regulación de la potencia reactiva.
Uno de los principales retos que plantea el uso de las energías renovables, es reducir los costes de aplicación y hacerlos competitivos con los de las fuentes de energía tradicionales.
En ese sentido, las centrales hidroeléctricas, cuyo desarrollo se inició a finales del siglo diecinueve, son hoy en día, dentro del sector de las energías renovables, uno de los medios más desarrollados, más maduros, de menor coste y de mayor calidad energética, para la generación eléctrica. Concretamente, las minicentrales hidráulicas con turbinas Pelton que se disponen en saltos de agua de gran altura (por encima de los mil metros), son las más eficientes, fiables y económicas, para la generación de electricidad.
Y en otro campo, la técnica de los aerogeneradores que aprovechan la acción del viento como medio accionador para la producción de energía eléctrica, ha llegado a un alto nivel de desarrollo, de manera que el sector eólico se halla consolidado, con unas grandes perspectivas de crecimiento.
La invención propone un sistema que permite el control de aerogeneradores eólicohidráulicos de caudal variable por revolución, incluyendo grupos de turbinas multi-rueda con radios iguales, de forma que permite trabajar a presión hidráulica constante para maximizar la energía eléctrica producida, optimizando el rendimiento global de la máquina, así como operar ante huecos de tensión en la red eléctrica, y regular la potencia reactiva que se entrega a la red.
- Este sistema comprende:
- Un subsistema de control del rendimiento aerodinámico del rotor eólico, mediante el cual se gobiernan de modo coordinado el caudal y la presión del circuito hidráulico, de forma variable e independiente de la velocidad del rotor eólico, de forma que, a partir de la medida de la velocidad del rotor eólico, y mediante la manipulación coordinada de la excentricidad de una bomba radial y de los ángulos de calado de las palas captadoras de la acción del viento, este subsistema modifica el caudal de bombeo, variando el par con el que la máquina se opone al viento y con ello la velocidad de giro del rotor eólico, con lo cual se optimiza el rendimiento aerodinámico y por tanto la energía que se consigue con cada velocidad del viento.
- Un subsistema de control del rendimiento de las turbinas, mediante el cual se gobierna un conjunto de inyectores en las mismas, para regular la presión del circuito hidráulico, con lo cual se optimiza dicho rendimiento de las turbinas
- Un subsistema de control de los huecos de tensión en la red eléctrica a la que se suministra la electricidad que se produce, mediante el cual se monitoriza la tensión de la red eléctrica y las velocidades de los grupos turbinagenerador, modificando la posición de unos deflectores que hacen variar el comportamiento de las turbinas en los casos de huecos de tensión, permitiendo al aerogenerador eólico-hidráulico seguir trabajando con normalidad en el momento que desaparece el hueco de tensión.
- Un subsistema de control de potencia reactiva, mediante el cual se modifican las corrientes de excitación de los generadores eléctricos síncronos que utiliza el sistema, gobernando así la potencia reactiva que se inyecta a la red eléctrica.
- Un sistema de control coordinado, mediante el cual se supervisan los cuatro subsistemas anteriores, optimizando con ello el rendimiento y el funcionamiento global del aerogenerador eólico-hidráulico.
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FUENTE | OEPM
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NUEVA TORRE PARA GENERADOR EOLICO
En el campo de las energías renovables, concretamente la energía eólica, nos hemos encontrado con una nueva invención que podría abaratar los costes de esta fuente de energía. Se trata de una Torre para generador eólico, concretamente se refiere a una torre mixta de hormigón y acero, para soporte de generadores eólicos.
El objeto de esta nueva torre para aerogeneradores de Prephor, S.A, es conseguir un abaratamiento en los costes de fabricación, transporte y montaje del fuste, frente a las soluciones existentes en el mercado, así como facilitar su fabricación en taller y realizar el máximo aprovechamiento de la sección y el material del que está compuesta.
La búsqueda de fuentes de energía renovable, se ha acrecentado en los últimos años, debido a la creencia, cada vez más firme, en las hipótesis existentes sobre el cambio climático y su relación con la producción de dióxido de carbono y gases de efecto invernadero.
Esta búsqueda, ha promovido la aparición de nuevas tecnologías que permitieran extraer la máxima cantidad de energía de las fuentes de energía renovables como la luz solar y el viento. No solo han aparecido nuevas tecnologías sino que estas se encuentran en un proceso continuo de mejora con el fin de aumentar los rendimientos de producción de energía.
La electricidad producida por los aerogeneradores, tiene su fundamento en la curva del perfil vertical del viento, en la que se establece la velocidad de viento en función de la altura y de la rugosidad del terreno. El aerogenerador transforma una parte de la energía que lleva el volumen de aire que atraviesa la superficie batida por las palas, cuando circula a una velocidad superior a la umbral, por debajo de la cual, las palas no se mueven.
En el sector de la generación eólica, se ha producido un desarrollo importante y constante durante los últimos años, aumentando la potencia máxima de los aerogeneradores, llegando a potencias impensables hace menos de 10 años. Este aumento de la potencia se basa en dos principios fundamentales de la generación eólica como son la superficie de barrido y la velocidad del aire.
El perfil vertical de viento, tiene variación de pendiente parabólica, de manera que a partir de una velocidad determinada, el incremento de velocidad de viento con la altura, es irrelevante. Es por ello por lo que, las dimensiones de las palas y, consecuentemente, la altura de los bujes de los aerogeneradores, no aumentará ilimitadamente sino que su techo o bien se ha alcanzado ya o está próximo a alcanzarse, ya que un incremento en la altura supone un incremento importante en los costes de fabricación, montaje y operación.
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GAMESA PATENTA UN SISTEMA DE REFRIGERACION DE AEROGENERADORES
Hoy os dejamos la última innovación de Gamesa, una de las empresas más importantes en el sector de las energías renovables. Se trata de un nuevo sistema de refrigeración de aerogeneradores, y así mejorar el rendimiento en la producción de energía eólica.
La nueva patente de Gamesa está relacionada con los aerogeneradores y más concretamente con los sistemas de refrigeración que se emplean en su interior en climas de temperaturas elevadas y para refrigerar los componentes internos.
Las instalaciones de aerogeneradores en zonas donde el clima alcanza elevadas temperaturas o elevados porcentajes de humedad presentan la dificultad de conseguir que dichos aerogeneradores trabajen en condiciones nominales, no pudiendo trabajar a máxima capacidad.
Una de las principales causas de este inconveniente radica en las propias limitaciones que marcan los componentes internos de los aerogeneradores ubicados en la góndola del aerogenerador frente a la temperatura, como es el caso de la multiplicadora y el generador.
Por otro lado, no solo la temperatura externa provoca una elevada temperatura en el interior de la góndola del aerogenerador, sino que los propios equipos generan calor debido a su funcionamiento, que debe ser disipado, para poder obtener un rendimiento óptimo de la instalación. A altas temperaturas los sistemas de disipación de calor por ventilación resultan insuficientes.
El sistema de refrigeración en aerogeneradores , que gracias a sus características constructivas y funcionales resulta realmente ventajoso frente a las soluciones convencionales, garantizando el funcionamiento del aerogenerador en condiciones nominales cuando la temperatura y la humedad exceda los límites marcados por los componentes del propio aerogenerador, así como resultando poco invasivo en la implantación en el interior del propio aerogenerador, por cuanto se evita el rediseño de componentes y sistemas existentes, así como la redistribución del espacio interior para su alojo.
El sistema de refrigeración puede ser instalado tanto en aerogeneradores ya instalados y en funcionamiento que requieran de una refrigeración, como en nuevos aerogeneradores previamente a su instalación en cualquier parque de aerogeneradores.
El equipo de refrigeración propuesto se basa en el enfriamiento del interior de la góndola del aerogenerador desde el interior de la torre y para ello consta de ...seguir leyendo este artículo sobre energía »
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SISTEMA DE UNION DE PALAS PARTIDAS PARA ENERGIA EOLICA
El siguiente invento está relacionado con las palas de aerogenerador que se construyen partidas en tramos para facilitar la fabricación y el transporte. En este sistema inventado por la Fundación Cener Ciemat, proponen un sistema de amarre para establecer la unión del montaje entre los tramos de las palas.
- Historia sobre las palas de los aerogeneradores:
Los primeros aerogeneradores que fueron instalados con fines de producción eléctrica a nivel industrial, proporcionaban una potencia nominal de 20 a 60 Kw, habiendo aumentado paulatinamente el tamaño y potencia de las máquinas desarrolladas, hasta los aerogeneradores actuales que alcanzan 5 Mw, implicando la utilización de palas del orden de 60 metros de longitud.
En algunos casos, dadas las dimensiones de dichas palas y dependiendo del emplazamiento, orografía y leyes locales, su transporte es imposible mientras que en otros casos, a pesar de que es técnicamente viable, éste genera costes prohibitivos.
Teniendo en cuenta tales factores, se viene trabajando en el desarrollo de proyectos relacionados con el diseño y fabricación de palas partidas formadas por tramos transportables por separado, para unirse posteriormente en el montaje constructivo del aerogenerador en el lugar de instalación, consiguiéndose con ello ventajas importantes, entre las que cabe destacar:
- Reducción del coste de transporte, ya que no se requieren vehículos especiales, ni es necesario realizar cortes de circulación.
- Accesibilidad a emplazamientos complicados, ya que al poder utilizar vehículos de menor tamaño aumenta la posibilidad de poder alcanzar emplazamientos con orografía compleja, reduciéndose el costo asociado a la realización de pistas forestales que permitan el acceso a dichos emplazamientos.
- Mejora de la calidad, por la fabricación de elementos con dimensiones más reducidas que optimizan procesos como la infusión de la resina, reduciendo la dispersión de propiedades y, consecuentemente, aumentando la resistencia del producto final.
- Aumento de la productividad, ya que al trabajar con componentes de menor tamaño, se reduce considerablemente el tiempo de infusión y curado de construcción, pudiendo asimismo trabajar en paralelo con varios moldes.
- Se introduce el concepto de la modularidad, pudiendo realizarse familias de piezas con diseños comunes, que se pueden combinar de manera selectiva en función de los requerimientos de las palas en cada caso, con posibilidad de sustituciones parciales para la reparación en los casos de deterioro.
Sin embargo, tecnológicamente, el concepto de las palas partidas presenta un problema en lo que se refiere a la unión de los tramos componentes, debiendo cumplir dicha unión las siguientes condiciones:
- Fiabilidad, siendo en este aspecto necesario definir un sistema con “incertidumbre” baja, para reducir el coeficiente de seguridad a aplicar en los diseños.
- Accesibilidad, de tal forma que la unión pueda realizarse desde el exterior de la pala, permitiendo realizar todas las operaciones e inspecciones necesarias con comodidad.
- Mantenimiento nulo o mínimo que asegure la eficiencia mecánica de la unión a lo largo de la vida útil de la pala.
- Condicionante mínimo sobre el diseño de la pala, intentando, entre otros factores, no engrosar excesivamente el laminado constructivo en la zona de la unión, ya que este efecto repercute directamente en el aumento de peso de pala y su mayor coste de fabricación.
EL INVENTO DE LA FUNDACION CENER CIEMAT:
El Cener (Centro Nacional de Energías Renovables) propone un sistema de amarre basado en unas particulares características de realización, permitiendo establecer la unión de los tramos componentes de las palas partidas de aerogenerador en condiciones muy ventajosas.
Este sistema de amarre objeto de la invención se determina con dos bulones semicilíndricos paralelos que atraviesan el laminado de los tramos a unir, estableciéndose una unión de tensado entre dichos bulones mediante unas varillas que se disponen en sentido longitudinal por el interior y por el exterior de dicho laminado.
La unión entre las varillas y los bulones puede hacerse mediante cualquier tipo de sujeción mecánica que permita establecer un apriete de tensado entre los bulones.
Según una variante de aplicación, pueden utilizarse tuercas roscadas a las varillas, haciendo tope dichas tuercas con la parte plana de los bulones. Esta solución, además de ser económicamente ventajosa por utilizar componentes normalizados, permite realizar el tensado de la unión con mucha precisión, aunque las operaciones de montaje y desmontaje sean lentas, debido al necesario accionamiento de las tuercas, requiriendo además una inspección periódica.
Para preservar el perfil aerodinámico de la pala, la aplicación del sistema se puede realizar en un montaje curvo, es decir conformando los tramos de pala con unas zonas remetidas en las partes destinadas para la incorporación del sistema de amarre, disponiendo en esas zonas, después de realizarse la unión, una tapa de cubrimiento para determinar la continuidad del plano superficial del perfil aerodinámico.
Con todo ello, el sistema de amarre propuesto determina una unión que ofrece ventajas en diferentes aspectos:
- No se debilita el laminado de los tramos que se unen, dado que las varillas con las que se realiza el tensado de la unión van por el exterior y por el interior del perfil aerodinámico, por lo que la sección útil del laminado no se reduce, y por lo tanto no es necesario engrosarlo en la misma magnitud que lo que requiere una solución en la que una única varilla atraviesa el laminado por su interior.
- Se consiguen líneas de fuerza simétricas ya que, dada la topología del amarre, con varillas de tensión a ambos lados del laminado, las líneas de fuerza se reparten de manera simétrica a través de dichas varillas, eliminando momentos flectores residuales de segundo orden.
- Se obtiene una unión pretensada, consiguiendo que la fuerza de separación entre los tramos que se unen se absorba por tracción en las varillas y por descompresión del laminado, reduciéndose el rango de tensiones en la parte metálica de forma que aumenta la resistencia a la fatiga.
- No se utilizan adhesivos, con lo que se eliminan los posibles defectos e incertidumbres asociados a este tipo de unión, definiéndose como consecuencia coeficientes de seguridad menores en el diseño, y optimizando así el sobrepeso de la unión.
- El sistema permite al operario el montaje, inspección y mantenimiento desde el exterior de la pala, pudiendo establecerse los planos de unión de los tramos de pala en cotas no accesibles por el interior.
- El mantenimiento es reducido, y la frecuencia de inspección y manipulación de las uniones se halla condicionada solo por el tipo de enganche entre las varillas y los bulones del amarre.
FUENTE | OEPM
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DISPOSITIVO CONCENTRADOR PARA TURBINAS EOLICAS
Hoy os vamos a hablar sobre la energía eólica, y más concretamente sobre un nuevo dispositivo concentrador para turbinas eólicas, que ha desarrollado la Universidad de Coruña.
Este dispositivo concentrador para turbinas eólicas, tiene como principal objetivo la transformación de energía eólica en energía mecánica de rotación mediante la circulación de aire húmedo a través de un sistema formado por tobera rotor-difusor. Este sistema aprovecha el calor latente de cambio de estado del fluido y produce, por lo tanto, el mayor desequilibrio energético que se puede alcanzar entre las condiciones de entrada y salida del sistema.
El principio de funcionamiento de los generadores eólicos obedece a la Ley de Betz. Dicha ley establece que la potencia eólica máxima extraíble a una masa de aire en movimiento se produce cuando la velocidad de salida del elemento transformador es 1/3 la velocidad de entrada.
Los generadores eólicos de mayor implantación en el mercado son de eje horizontal y están constituidos por un número finito de palas que, por frenado, aprovechan sólo una parte de la energía cinética que contienen las masas de aire en movimiento.
Tratándose de convertidores energéticos que utilizan como fuente de energía el aire atmosférico en movimiento, debe analizarse el contenido en agua tanto en lo que se refiere a humedad específica como a humedad relativa.
La energía que captura un convertidor eólico depende fundamentalmente de:
- área barrida por las palas en el movimiento de rotación
- velocidad incidente del fluido sobre el captador
- densidad del fluido
Las máquinas implantadas en el mercado incrementan, a medida que se mejoran las propiedades mecánicas de los materiales, la superficie de captación. Esto trae consigo un aumento considerable en el volumen del transformador, implicando mayor complejidad constructiva e inestabilidad de funcionamiento.
No se actúa sobre el flujo incidente, siendo por lo tanto la velocidad del aire un parámetro que queda supeditado exclusivamente a las condiciones ambientales. De igual forma, la densidad del fluido viene impuesta por las condiciones ambientales locales sin que se realice una actuación sobre la misma.
Actualmente, no se tiene constancia de transformación de energía eólica mediante un sistema que actúe sobre los parámetros termodinámicos de entrada y salida del elemento transformador persiguiendo una optimización máxima que se aproxime al coeficiente de potencia óptimo establecido por la Ley de Betz.
La Universidad de Coruña propone un concentrador-generador eólico que transforme la energía cinética, de las masas de aire húmedo en movimiento existentes en la atmósfera, en energía mecánica de rotación por medio de rotores de palas.
El principio de funcionamiento obedece a la Ley de Betz que ...seguir leyendo este artículo sobre energía »
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AEROGENERADORES GRIDSTREAMER 2MW DE VESTAS
La compañía líder a nivel mundial en la fabricación de aerogeneradores, Vestas, ha lanzado un nuevo modelo de aerogenerador GridStreamer™ de 2 MW al mercado del sector eólico. Se trata de un aerogenerador mejorado, capaz de producir más eficientemente de acuerdo a los códigos de red y manteniendo un coste de la energía muy competitivo.
Los aerogeneradores GridStreamer™ de 2MW presentan una serie de mejoras gracias a que la empresa a puesto énfasis en el tren de transmisión, la optimización del sistema de control de cargas y un convertidor de frecuencia total. Este aerogenerador puede alcanzar una potencia nominal de 2 MW con un diámetro de rotor de 90 metros en zonas de altas y medias velocidades de viento y con un diámetro de 100 metros para zonas bajas.
Según el presidente de Vestas Mediterranean, Juan Araluce, “Con los aerogeneradores GridStreamer™ de 2 MW, los clientes de Vestas se podrán beneficiar de una flota de aerogeneradores modulares eficientes que ofrecen un rendimiento óptimo en todas las clases de viento y condiciones del emplazamiento. Su track record, la optimización de su rendimiento, la calidad de fabricación y los contratos de mantenimiento basados en la producción aseguran la máxima fiabilidad y seguridad de negocio para la plataforma de 2 MW”
FUENTE | VESTAS
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NUEVO SISTEMA HIBRIDO DE GENERACION ELECTRICA DE ACCIONA WINDPOWER
Acciona Windpower ha desarrollado un nuevo sistema híbrido de generación eléctrica, cuyo objetivo es un procedimiento y un sistema híbrido que optimizan la generación eléctrica a partir de la potencia mecánica transmitida por una turbina que gira a velocidad variable.
Este sistema y procedimiento es particularmente útil en el campo de la generación eólica, aunque también es aplicable a otros ámbitos en que se genera energía empleando una turbina movida por un fluido en movimiento, como la generación empleando corrientes marinas, mareas, olas, etc.
La energía eléctrica generada para su inyección en una red de potencia debe tener la misma frecuencia que la red. Este requisito es fácil de cumplir cuando la generación se realiza a velocidad constante y controlada. Sin embargo, cuando el eje que mueve el generador no gira a velocidad constante es necesario controlar de algún modo la frecuencia de la energía eléctrica generada.
Este sistema híbrido de generación eléctrica que presenta Acciona Windpower, a partir de la potencia mecánica transmitida por una turbina de velocidad variable, comprende:
- Un generador principal cuyo estator está conectado a la red eléctrica a través de unos medios de conexión/desconexión. Este generador principal, por lo tanto, sólo funciona a velocidades cercanas a la velocidad de sincronismo, que es la correspondiente a la frecuencia de la red.
- Un generador auxiliar cuyo estator está conectado a la red eléctrica al menos a través de un convertidor de potencia. El convertidor de potencia transforma la tensión de frecuencia variable generada por el generador auxiliar a la frecuencia de la red, y por lo tanto este generador puede funcionar a velocidad variable.
Así, en un principio se emplea el generador auxiliar para velocidades bajas de la turbina hasta que, a una determinada velocidad, se alcanza su potencia nominal, preferentemente entre el 20% y el 40% de la potencia nominal total de la turbina. En ese momento, el convertidor de potencia controla la velocidad de giro del generador auxiliar para hacer que ésta alcance la velocidad nominal del generador principal, que es la correspondiente a la frecuencia de la red. Cuando esto ocurre, se conecta el generador principal a la red.
El generador auxiliar permanece conectado, sin generar potencia en valor medio pero controlando el par, para amortiguar las oscilaciones torsionales en el tren mecánico, generando o consumiendo potencia activa según se requiera. Cuando el generador principal alcanza su potencia nominal, preferentemente entre el 60% y el 80% de la potencia nominal total del sistema, el generador auxiliar comienza también a generar simultáneamente.
Una de las ventajas fundamentales de este nuevo sistema híbrido de generación es que con un convertidor de una potencia sustancialmente menor que la potencia total de la turbina puede controlarse el par en el generador auxiliar para amortiguar las vibraciones torsionales en el tren mecánico, y que el generador principal tiene el rotor no bobinado, evitándose así los problemas asociados a este tipo de máquinas. Dicho control de par también es útil ante eventos de red como huecos de tensión. En los sistemas anteriores, o bien se carecía de control de par en el eje, o bien se empleaban convertidores dimensionados para el 100% de la potencia de la turbina, o bien se utilizaban generadores de rotor bobinado en los que por medio de escobillas se introducían las corrientes rotóricas adecuadas.
Otra función de este sistema de generación eléctrica, está dirigido a un procedimiento para generar energía eléctrica a partir de la potencia mecánica transmitida por una turbina de velocidad variable, empleando un generador principal cuyo estator está conectado a la red eléctrica a través de unos medios de conexión/desconexión; y un generador auxiliar, cuyo estator está conectado a la red eléctrica al menos a través de un convertidor de potencia.
FUENTE | OEPM
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